ZPW—2000A無絕緣移頻自動閉塞系統認識簡述

張凱

摘 要：移頻自動閉塞以移頻軌道電路為基礎，以鋼軌作為傳輸通道傳遞信息。移頻自動閉塞抗干擾性能強，適用于電氣化和非電氣化區段。ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞具有軌道電路傳輸安全性、傳輸長度、系統可靠性、可維修性等特點。ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞軌道電路系統主要是由室外部分、室內部分和系統防雷三部分組成。

關鍵詞：鐵路信號；閉塞；移頻；軌道電路

中圖分類號：U284.43 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0002-02

鐵路信號是組織行車運行，保證行車安全，提高運輸效率，傳遞信息，改善行車人員勞動條件的關鍵技術。鐵路信號在鐵路現代化建設和國民經濟發展中起著極其重要的作用。當前，由于鐵路運輸已向著高速、高密和重載的方向發展，所以，鐵路信號已成為實現運輸管理自動化、列車運行自動控制和改善鐵路員工勞動條件的重要技術手段。鐵路信號系統按其應用場所可分為車站信號控制系統、編組站調車控制系統、區間信號控制系統、鐵路行車指揮控制系統和列車運行自動控制系統等。區間信號自動控制是鐵路區間信號閉塞、區段自動控制和遠程控制技術的總稱，是確保列車在區間內安全運行的技術之一。

1 行車閉塞法

由于列車在線路上運行，不能以相互避讓的方法避免迎面相撞，加之列車速度快、質量大，從開始制動到停車需要行走較長的距離，這就產生了后續列車追撞前行列車的可能。閉塞設備是保證列車在區間內運行安全的設備，屬于鐵路區間信號的一種。鐵路線路以車站（線路所）為分界點劃分為若干區間，區間的界限在單線上以兩個車站的進站信號機柱的中心線為車站與區間的分界線，在雙線或多線上，分別以各線路的進站信號機柱或站界標的中心線為車站與區間的分界線。為了提高線路通過的能力，在自動閉塞區段又將一個區間劃分為若干個閉塞分區，以同方向兩架通過信號機作為閉塞分區的分界線。為了保證列車在區間內的運行安全，列車由車站向區間發車時必須確認區間（分區）內沒有列車，并要遵循一定的規律組織行車，以免發生列車正面沖突或追尾等事故。這種按照一定規律組織列車在區間內運行的方法一般稱之為行車閉塞法，簡稱閉塞。

閉塞制度在我國鐵路上的運用和發展已有幾十年。1985年以前，我國鐵路區間閉塞設備大量采用64D和64F型繼電半自動閉塞。繼電半自動閉塞制式不論閉塞區間長短，只允許運行一列列車，因而它的效能受到很大限制。當鐵路的運量增大，每晝夜列車的運行對數超過一定限度時，半自動閉塞顯然已不能滿足運輸的需要，自動閉塞成為了發展的方向。自動閉塞經過了交流二元三位式的自動閉塞、交流計數電碼自動閉塞、極性電充自動閉塞、極頻自動閉塞和移頻自動閉塞等幾個階段的發展。

2 移頻自動閉塞

移頻自動閉塞是一種選用頻率參數作為信息的制式，利用調制方法把規定的調制信號搬移到載頻段并形成震蕩，由上下邊頻構成交替變化的移頻波形，其交替變化的速率就是低頻信息的頻率。采用不同載頻交叉來防護，采用避開的方法，站內將載頻選在工頻的偶次諧波上，區間選在奇次諧波上。移頻自動閉塞抗干擾性能強，適用于電氣化和非電氣化區段。目前，為了保證行車安全，加強信號設備管理，檢測信號設備的運用質量，必須要對發現的故障進行科學分析。我國自行研制的新型移頻自動閉塞系統ZPW-2000A已被廣泛應用。

3 ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞

ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞是在引進法國UM71無絕緣軌道電路技術、國產化的基礎上，結合國情進行的技術再開發。較之UM71、ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統，它在軌道電路傳輸安全性、傳輸長度、系統可靠性、可維修性方面都有了很大的提升，同時，在結合國情提高技術性能價格比、降低工程造價方面也有了顯著的提高。

ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞軌道電路系統主要是由室外部分、室內部分和系統防雷三部分組成。

3.1 室外設備

調諧區：長度為29 m，由調諧單元和空芯線圈組成，實現兩相鄰軌道電路電氣隔離。

機械絕緣節：由機械絕緣節空芯線圈與調諧單元并接而成，其特性與電氣絕緣節相同。

匹配變壓器：在一般條件下，按1 Ω·km道碴電阻設計，實現軌道電路與SPT傳輸電纜的匹配連接。

補償電容：根據通道參數兼顧低道碴電阻道床傳輸，考慮其容量，使傳輸通道趨于阻性，保證軌道電路良好的傳輸性能。

傳輸電纜：SPT型鐵路信號數字電纜，線徑Φ1.0 mm，一般條件下，電纜長度為10 km。

調諧區設備引接線：由3 600 mm、1 600 mm的鋼包銅引接線構成，每一軌道區段各使用3根，用于BA，SVA設備與鋼軌間的連接。

3.2 室內設備

3.2.1 發送器

該設備是用于產生高穩定、高精度的移頻信號源，采用微電子器件構成的。該設備考慮了在同一載頻、同一低頻控制條件下，雙CPU電路的使用。為了實現雙CPU的自檢、互檢，兩組CPU和一組用于產生FSK移頻信號的可編程控制器各自采用了獨立的石英晶體源。發送設備的放大器均采用射極輸出器方式構成，防止故障時功出電壓的升高。同時，該設備考慮了對移頻載頻、低頻和幅度三個特征的檢測。兩組CPU的檢測結果符合要求時，以動態信號輸出，通過“安全與門”控制執行環節——發送報警繼電器（FBJ）將信號輸出。系統采用N+1冗余設計。故障時，通過FBJ接點轉至“+1”FS.

3.2.2 接收器

接收器主要是對主軌道電路移頻信號進行解調，并配合與送電端相連接調諧區短小軌道電路的檢查條件，設置動作軌道繼電器。它可以實現對與受電端相連接調諧區短小軌道電路移頻信號的解調，給出短小軌道電路執行條件，將其送至相鄰軌道的電路接收器。同時，還可以檢查軌道電路的完好情況，減少分路死區長度，還用接收門限控制實現對BA斷線的檢查。

接收器除了接收本主軌道電路頻率信號外，還同時接收相鄰區段小軌道電路的頻率信號。接收器采用DSP數字信號處理技術，將接收到的兩種頻率信號進行快速變換，并進行判決。

上述“延續段”信號由運行前方相鄰軌道電路接收器處理，并將處理結果形成小軌道電路軌道繼電器執行條件（XG，XGH）送至本軌道電路接收器，作為軌道繼電器（GJ）勵磁的必要檢查條件（XGJ，XGJH）之一。綜上所述，接收器用于接收主軌道電路信號，并在檢查所屬調諧區短小軌道電路狀態（XGJ，XGJH）的條件下，動作本軌道電路的軌道繼電器（GJ）。另外，接收器還同時接收鄰段所屬調諧區小軌道電路信號，向相鄰區段提供小軌道電路狀態（XG，XGH）條件。

3.2.3 衰耗盤

它主要用于實現主軌道電路、小軌道電路的調整。它會給出發送接收故障、軌道占用表示和發送、接收用+24 V電源電壓、發送供出電壓、接收GJ和XGJ的測試條件。

3.2.4 電纜模擬網絡

該網絡設在室內，按0.5 km、0.5 km、1 km、2 km、2 km、2×2 km六段設計，用于對SPT電纜的補償，總補償距離為10 km。

3.3 系統防雷部分

發送端、接受端的防雷：設于模擬網絡盤內，實現對從電纜引入雷電沖擊的橫向、縱向防護；站內電碼化設計單獨的防雷單元。

對從鋼軌引入的雷電沖擊進行保護：橫向防護設在調諧單元、匹配變壓器兩端；縱向防護在空心線圈中心線不接地的條件下，防雷單元設在中心線與地線間。

4 系統原理

ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路系統與UM71無絕緣軌道電路一樣，采用電氣絕緣節來實現相鄰軌道電路區段的隔離。電氣絕緣節長度改進為29 m，由空心線圈、29 m長鋼軌和調諧單元構成。調諧區對本區段頻率呈現極阻抗，有利于本區段信號的傳輸和接收；對相鄰區段頻率信號呈現零阻抗，可靠地短路相鄰區段信號，防止越區傳輸，這樣便實現了相鄰區段信號的電氣絕緣。同時，為了解決全程斷軌檢查，在調諧區內增加了小軌道電路。

ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路將軌道電路分為主軌道電路和調諧區小軌道電路兩個部分，并將短小軌道電路視為列車運行前方主軌道電路所屬的“延續段”。

主軌道電路的發送器由編碼條件控制產生，表示不同含義的低頻調制移頻信號。該信號經電纜通道（實際電纜和模擬電纜）傳給匹配變壓器和調諧單元，因為鋼軌是無絕緣的，該信號既向主軌道傳送，也向小軌道傳送。主軌道信號經鋼軌送到軌道電路受電端，然后經調諧單元、匹配變壓器、電纜通道，將信號傳至本區段接收器。

調諧區小軌道信號由運行前方相鄰軌道電路接收器處理，并將處理結果形成小軌道電路軌道繼電器執行條件通過（XG，XGH）送至本軌道電路接收器，作為軌道繼電器（GJ）勵磁的必要檢查條件之一。本區段接收器同時接收到主軌道移頻信號和小軌道電路繼電器執行條件，判決無誤后驅動軌道電路繼電器吸起，并由此來判斷區段的空閑和占用情況。

5 該系統的特點

ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統具有多方面的特點：①保持UM71無絕緣軌道電路整體結構上的優勢；②解決了調諧區斷軌檢查的問題，實現軌道電路全程斷軌檢查；③減少調諧區分路死區；④實現對調諧單元斷線故障的檢查；⑤實現對拍頻干擾的防護；⑥通過優化系統參數，提高軌道電路的傳輸長度；⑦提高機械絕緣節軌道電路的傳輸長度，實現與電氣絕緣節軌道電路的傳輸；⑧軌道電路調整按固定軌道電路長度與允許最小道碴電阻方式進行，提高軌道電路工作的穩定性；⑨用SPT國產鐵路數字信號電纜取代法國ZC03電纜，減小銅芯線徑，減少備用芯組，加大傳輸距離，提高系統技術性能價格比，降低工程造價；⑩采用長鋼包銅引接線取代75 mm2銅引接線，便于維修；○11系統中的發送器采用“N+1”冗余，接收器采用成對雙機并聯運用，以提高系統的可靠性，大幅度減小單一電子設備故障對系統正常工作造成的影響。

6 結束語

ZPW-2000A無絕緣移頻自動閉塞系統無論在電氣還是在機械絕緣節軌道電路中，比法國UM71軌道電路都有更長的傳輸距離，在滿足了我國0.25～1.5 Ω·km各種道碴電阻道床傳輸、20～30 km的站間距離和采用國產SPT數字信號電纜等方面要求的同時，還使系統性能價格比大幅度提高。ZPW-2000無絕緣移頻自動閉塞系統滿足了“機車信號作為主體信號”的要求，為今后鐵路進一步安全提速創造了必備條件。

通過查閱大量的資料，學到了很多新的、有用的知識。在對ZPW-2000A無絕緣移頻自動閉塞系統的工程設計有了全面了解的同時，也對ZPW-2000A的系統構成有了更深入的認識，基本掌握了ZPW-2000A工程設計的思路、方法和步驟，并讓筆者體會到了理論學習和實際工程設計的差異，同時，也培養了嚴謹、認真、細致的工作態度。這些都為筆者今后的工作打下良好的基礎。

〔編輯：白潔〕